LU85772A1 - Nouvelles compositions polymeres,procedes pour leur production et leurs applications - Google Patents
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Description
, · NOUVELLES COMPOSITIONS POLYMERES, PROCÉDÉS POUR LEUR PRODUCTION ET LEURS APPLICATIONS.
Les métaux qui sont bon conducteurs de la chaleur ont été largement utilisés dans des applications nêces-05 sitant un transfert calorifique, essentiellement dans les échangeurs ou dissipateurs de chaleur.
Cependant, dans les applications particulières 11 d'échangeurs de chaleur destinés à être mis en contact avec des gaz ou des liquides corrosifs, on a été amené 10 à préconiser l'utilisation de résines qui sont essentiellement des polymères fluorés (PTFE ou FEP) malgré le fait que leur conductivité thermique soit très sensiblement inférieure à celle des métaux. Exprimé dans les unités Wm"lk_l, la conductivité thermique du cuivre pur 15 est d'un ordre de grandeur de 500 et de l'équivalent de 250 si une couche d'oxydes s'est formée au contact de l'eau par exemple; de l'ordre de 20 pour le titane et de 15 pour l'acier inoxydable alors que les valeurs correspondantes sont de 0,3 pour le PTFE. Malgré des caracté-20 ristiques peu intéressantes, les résines fluorées ont connu un développement important et diverses techniques pour leur mise en oeuvre ont été mises au point pour leurs applications, et surtout pour suppléer à leur manque de conductivité thermique intrinsèque. Ces techni-25 ques comportent essentiellement l'accroissement de la surface d'échange et l'on conçoit qu'elles sont onéreuses et qu'elles entraînent un encombrement important des installations industrielles dans lesquelles elles sont 1 amenées à intervenir.
30 II existe donc un besoin actuellement non satis fait d'une matière qui soit à la fois bonne conductrice de la chaleur, facile à mettre en oeuvre, en particulier qui soit facilement formable, d'un poids inférieur aux métaux usuels et qui de plus évite une série d'inconvé-35 nients liés à l'usage des métaux, dont notamment la forte sensibilité à l’action d’agents corrosifs, tels que les gaz ou les liquides acides, basiques ou oxydants.
fi* te > If 2
Pour certaines applications particulières, telles que celles de la microêlectronique il est de plus nécessaire que le produit soit un bon isolant électrique.
Or, pour pratiquement tous les matériaux connus 05 qui sont de bons isolants électriques on observe que la conductibilité thermique est faible. C'est le cas tout particulièrement des polymères organiques.
1 GIBSON et al. dans Polymer Letters Ed. lj>, 183 (1977) ont indiqué que la conductibilité thermique des 10 fibres ayant subi un étirement était accrue.
Dans sa demande de brevet luxembourgeois n° 85462 du 11 juillet 1984 non encore publiée à la date de dépôt de sa présente demande, la Demanderesse a décrit des compositions polymères contenant des fibres organiques 15 thermiquement conductrices produites par pyrolyse de composés organiques et dépôt du carbone ainsi produit sous forme de whishers (moustache). Ces fibres tout en se caractérisant par d'excellentes caractéristiques de conductivité thermique sont généralement très onéreuses 20 et pour nombre d'application, leur coût est actuellement prohibitif. De plus, la densité du carbone qui est de 1'ordre de 2 peut présenter également des inconvénients.
Le but de la présente invention est de fournir une composition nouvelle permettant de résoudre ces dif-25 ficultés. L'invention s'étend également aux procédés pouvant être utilisés pour la production de telles compositions et aux nombreuses applications, notamment industrielles, qui s'ouvrent grâce aux propriétés nouvel-* les de la composition de l'invention.
30 Selon une forme d'application particulière, l'in vention vise également à fournir une composition nouvelle présentant des caractéristiques d'anisotropie de la conductivité thermique, le cas échéant associé à une anisotropie de la conductivité électrique tout en pré-35 servant essentiellement les propriétés d'isolant électrique c / ν' 3
La présente invention est basée sur l'observation , que certaines fibres qui ont été étudiées pour leurs propriétés mécaniques remarquables, en particulier leur module de Young élevé présentent en plus de leurs pro-05 priétês normales d'isolant électrique, des propriétés surprenantes, de conductivité thermique.
Ces fibres sont tout particulièrement des fibres de polymères à motif récurrent -CHR- et de préférence -CH2- linéaire obtenues par filage d'une solution de po-10 lymère de haut poids moléculaire avec étirement subséquent des filaments notamment tels que décrits dans les documents ï GB-A-2 042 414, GB-A-2 051 667 et EP-A-0 077 590.
On utilisera de préférence des polymères à haut 15 poids moléculaire (Mw), avantageusement de poids moléculaire supérieur à 100 000 et de préférence supérieur à 1 000 000.
Conviennent tout particulièrement les polyéthylène présentant un rapport du poids moléculaire moyen en 20 poids au poids moléculaire moyen en nombre (Mw/Mn) inférieur à 10 et de préférence inférieur à 5.
L'invention porte donc essentiellement sur une composition de matière nouvelle constituée par des fibres du type précité liées entre elles.
25 Les fibres peuvent être liées entre elles essen tiellement par deux techniques relevant de la présente invention, à savoir par frittage d'un faisceau de fibres selon les techniques bien connues de l'art, soit par in-' corporation dans une matrice d'une matière polymère ou 30 d'une matière polymérisable in situ.
Dans le cas de 1 ' incorporation dans une matière polymère, il convient bien entendu pour faciliter l'incorporation des fibres de choisir de préférence un polymère présentant un point de fusion inférieur à celui 35 des fibres à incorporer dans la matrice. On choisira de a préférence un polymère de nature chimique similaire à | celui des fibres, par exemple un polyalkène et de préfé- ? 4 rence un polyéthylène basse densité.
Selon une forme d'exécution préférée de l'invention la composition est constituée par des fibres du type précité incorporées dans une matrice ou frittées en-05 tre-elles selon une orientation conférant au matériau obtenu, dans une direction prédéterminée par ladite orientation des propriétés de conductivité de l'ordre de celles du cuivre tout en préservant les propriétés d'isolant électrique et une bonne inertie chimique.
10 À titre d'illustration de valeurs de conductivité thermique préférées on peut indiquer des valeurs de l'ordre de 100 Wm”l K“1 et les valeurs de l'ordre de 10^-5 ohm.cm pour ce qui concerne les propriétés d'iso-; lant électrique.
j I 15 Ces valeurs qui sont nettement différentes de ! celles connues pour les résines et qui se comparent très favorablement aux valeurs précitées pour différents métaux, offrent un large champ d'applications à des matériaux de ce type.
20 Selon l'invention, l'énergie thermique est essen tiellement transmise selon les axes des fibres organiques maintenues avantageusement de manière fortement orientée et parallèle à la direction souhaitée pour transfert énergétique. Les propriétés d'isolant électri-25 que sont d'autre part substantiellement conservées, i Par suite de sa base polymérique, le matériau de l'invention, peut être transformé et notamment être mis en forme par la plupart des techniques de fabrication, j “ telles que celles utilisées pour les matières plasti- 30 ques, les caoutchoucs et l'industrie des transformations 1 métalliques, pour autant qu'on évite toute rupture N importante des fibres organiques.
t, j; . Lesdites fibres peuvent être ancrées dans une ba- !; se qui peut être un tissé ou un non tissé de matières 35 plastiques, en disposition parallèle entre-elles et sensiblement perpendiculaire à ladite base.
5 / La base peut être produite par des techniques * f à- t ? 5 classiques connues pour les textiles, à savoir le tissage, tricotage ou la production d'un non-tissé en utili- * sant les fibres ou fibrilles habituelles telles que par exemple le coton, les polyamides etc. D'autres fibres 05 que celles destinées à la transmission thermique peuvent être ajoutées (avec une orientation selon l'axe des fibres de transmission thermiques ou différentes de celle-i ci, notamment dans le plan de la base) afin d'en amélio rer les propriétés physiques. La base peut être égale-10 ment constituée d'une feuille de papier ou de matière plastique.
Dans le cas où la base est constituée par base tissée, les interstices de la structure textile peuvent être remplis par une matière cohérente qui se solidifie 15 et/ou qui existe à l'état solide au moins à la température de mise en oeuvre du matériau en formant une phase continue qui englobe au moins la base et au moins une partie des fibres.
Avantageusement, afin de maintenir l'état d'o-20 rientation des fibres organiques orientées perpendiculairement à la base et éviter leur détérioration notamment mécanique, lesdites fibres sont imprégnées et englobées totalement dans une masse continue de matière plastique, qui se solidifie ou qui existe à l'état soli-25 de au moins à la température de mise en oeuvre du matériau en formant une phase solide qui englobe 1'ensemble constitué par la base et les fibres destinées à la transmission thermique.
Une technique de production de tels matériaux 30 comporte donc les étapes de procédé consistant dans implantation sur une base notamment, selon une technique apparentée à l'aiguilletage au flocage ou au tufting, desfibres organiques orientées selon la direction souhaitée de transfert thermique et dans l'enrobage de cel-35 les-ci sans modification substantielle de ladite orien-i tation.
^ Ledit enrobage peut être réalisé par immersion À 6 dans une résine liante liquide étirée dans une filière étroite et transformé par vulcanisation ou durcissement thermique ou catalytique en structure solide.
D'une autre manière il est possible de procéder à 05 une lamination sous effet de chaleur et sous pression de la structure textile en un film ou feuille thermoplastique qui peut subir éventuellement ultérieurement une réticulation par radiation ou par une autre technique.
L'agent liant en excès peut être éliminé si né-10 cessaire des deux faces du matériau obtenu par tout moyen physique et/ou chimique en exposant ainsi les deux extrémités des fibres organiques assurant la conductivité thermique.
Du fait que les propriétés de conductivité ther-15 mique sont dues essentiellement aux fibres, tandis que la matrice de matière polymère est essentiellement non conductrice ou peu conductrice, on veille à charger la matrice au moins d'une quantité de fibres organiques suffisante pour l'utilisation envisagée.
20 Avantageusement, le constituant fibreux représen te au moins 50% en -volume et de préférence environ 70% à 100% en volume de ladite composition, le solde éventuel étant constitué par une matière polymère formant une phase continue incluant éventuellement des charges 25 ou des matières inorganiques intervenant en particulier dans la matière d'imprégnation de la structure textile employée ou dans le renforcement mécanique de la base utilisée ou constituant cette base elle-même.
La matière non fibreuse utilisée soit pour former 30 la base d'implantation des fibres organiques soit pour constituer la matière dite d'imprégnation peut être constituée par des matières thermodurcissables tels que les polymères insaturês (résines époxy, polyesters etc.) ou thermoplastique (polyéthylène).
35 Les résines thermoplastiques sont aénéralement rt * ! moins intéressantes, si les matériaux composites sont
A
tf 7 destinés à être mis en oeuvre à température relativement 4 élevée. Elles offrent cependant de meilleures possibili tés de thermoformage.
Relèvent également de 11 invention des matériaux 05 composites dans lesquels aussi bien la matière fibreuse que la ou les phases continues sont constituées par des résines identiques.
' Un matériau constitué de pratiquement 100% de fi bres du type précité liées par frittage est tout parti-10 culièrement intéressant par suite de sa nature chimique homogène.
Ainsi qu'il a été dit précédemment, le matériau composite résultant de la nouvelle composition de l'invention offre de larges possibilités de mise en oeuvre. 15 II devient possible notamment de former des plaques ou des tubes d'échangeurs de chaleur qui associent comme aucune matière connue jusqu'à présent ne le permettait, d'excellentes caractéristiques de conductivité thermique (et le cas d'échéant de conductivité électrique) avec 20 une excellente résistance aux agents agressifs. Le champ d'application de ces matériaux se trouve donc naturellement parmi les échangeurs ou dissipateurs de chaleur exposés à des milieux agressifs ou dans les champs d'application où une bonne conductivité doit être associée 25 à un poids réduit. Dans le cas d'une combinaison de propriété de conductivité thermique associée à une mauvaise conductivité électrique et tenant compte des techniques simples de mise en oeuvre, notamment de formage, le matériau de l'invention peut trouver un large champ d'uti-30 lisation dans des installations électroniques et/ou é-lectriques et en particulier le microélectronique, ou dans le secteur automobile, aéronautique ou aêrospatia-le.
Dans le cas d'une application en microélectroni-35 que on utilisera en particulier la combinaison des pro-Ά priétés d'isolation électrique et de résistance à la ujl. corrosion du composite avec les propriétés de / * n I 8 !! conductivité thermique des fibres permettant de dissiper
L
I la chaleur.
; Bien qu'on ait décrit des formes particulières d'exécution de l'invention, il doit être bien entendu 05 que de nombreuses formes d'exécution autres que celles décrites sont possibles et que celles-ci relèvent de 1 ' invention.
l· ï / ί i i : I· • f i
Claims (20)
1. Composition de matière essentiellement de na-ture polymérique caractérisée en ce qu'elle contient des fibres liées de haut module obtenues par filage d'une 05 solution de polymère de haut poids moléculaire avec étirement subséquent des filaments.
2. Composition selon la revendication 1 caracté- “ risée en ce que les fibres utilisées sont des fibres de polymères à motif récurrent -CHR- linéaire obtenues par 10 filage d'une solution de polymère de haut poids moléculaire avec étirement subséquent des filaments.
3. Composition selon la revendication 1 caracté- • risée en ce que les fibres utilisées sont des fibres de polymères à motif récurrent -CH2- linéaire obtenues par 15 filage d'une solution de polymère de haut poids moléculaire avec étirement subséquent des filaments tels que décrits dans les documents : GB-A-2 042 414, GB-A-2 051 667 et EP-A-0 077 579.
4. Composition selon l'une quelconque des reven-20 dications 1 à 3 caractérisés en ce que les fibres sont des fibres de polymères à haut poids moléculaire (Mw), de préférence d’un poids moléculaire supérieur à 100 000 et tout particulièrement supérieur à 1 000 000.
5. Composition selon l'une quelconque des reven-25 dications 1 à 4 caractérisée en ce que les fibres sont constituées par du polyéthylène présentant un rapport du poids moléculaire moyen en poids au poids moléculaire moyen en nombre (Mw/Mn) inférieur à 10 et de préférence à 5.
6. Composition selon l'une quelconque des reven dications 1 à 5 caractérisée en ce les fibres utilisées associent des propriétés de haute conductivité thermique, d'isolation électrique élevée et de forte inertie chimique.
7. Composition selon l'une quelconque des reven dications 1 4 6 caractérisée en ce que 1'énergie tnermi-I que est essentiellement transmise selon les axes de fi- » 10 bres organiques maintenues de manière fortement orientée et parallèle à la direction souhaitée du transfert éner- ' A gétique, tout en préservant les caractéristiques d’isolation électrique et d’inertie chimiques propres aux fi- 05 bres organiques mises en oeuvre.
8. Composition selon l’une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisée en ce que la conductivité thermique est de l’ordre de 100 Wm~l K-1 et que la résistivité électrique est de l’ordre de 10^5 ohm cm.
9. Composition selon l’une quelconque des reven dications 4 à 8 caractérisée en ce que le constituant fibreux représente au moins 50% en volume, de préférence environ 70% à 100% en volume de ladite composition, le solde éventuel étant constitué par une matière polymère 15 formant une phase continue incluant éventuellement des charges ou des matières inorganiques.
10. Composition selon l’une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisée en ce que les fibres sont liées par frittage.
11. Composition selon l’une quelconque des reven dications 1 à 9 caractérisée en ce que lesdites fibres sont ancrées dans une base constituée par un tissé ou un non tissé de matière plastique, en disposition parallèle entre-elles et sensiblement perpendiculaires à ladite 25 base.
12. Composition selon la revendication 11 caractérisée en ce que les interstices de la structure textile de base sont remplis par un matériau cohérent qui se » solidifie et/ou qui existe à l’état solide au moins à la 30. température de mise en oeuvre du matériau en formant une phase continue qui englobe au moins la base et au moins une partie des fibres.
13. Composition selon la revendication 11 ou 12 caractérisée en ce que lesdites fibres sont imprégnées 35 et englobées totalement dans une masse continue de matière plastique, qui se solidifie et/ou qui existe à ή j: l’état solide au moins à la température de mise en oeu- t i mt 4 11 > .· vre du matériau en formant une phase solide qui englobe la base et les fibres destinées à la transmission ther- mique.
14. Composition selon l'une quelconque des reven- 05 dications 11 à 13 caractérisée en ce que la matière non fibreuse utilisée soit pour former la base d'implantation des fibres organiques ou pour constituer la matière dite d'imprégnation est constituée par des matières thermodurcissables ou par des matières thermoplastiques.
15. Composition selon l'une quelconque des reven dications 11 à 14 caractérisée en ce que la matière fibreuse ainsi que la ou les phases continues sont constituées par des matières chimiques identiques.
16. Procédé pour la production d'une composition 15 selon l'une quelconque des revendications 11 à 15 caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant en implantation sur une base de fibres organiques orientées selon la direction souhaitée de transfert thermique et dans l'enrobage de celles-ci sans modification substan- 20 tielle de ladite orientation.
17. Procédé selon la revendication 16 caractérisé en ce que ledit enrobage se réalise par immersion dans une résine liante liquide étirée dans une filière étroite et transformée par vulcanisation ou durcissement 25 thermique ou catalytique en structure solide.
18. Procédé selon la revendication 16 caractérisé en ce qu'on procède à une lamination sous l'effet de chaleur et sous pression de la structure textile en un * film ou feuille thermoplastique qui peut subir éventuel- 30 lement ultérieurement une réticulation par radiation ou par une autre technique.
19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 16 à 18 caractérisé en ce que l'agent liant en excès est éliminé si nécessaire des deux faces du matériau 35 obtenu par tout moyen physique et/ou chimique en exposant ainsi les deux extrémités des fibres organiques as-surant la conductivité thermique. J %* ft» 12 V t
20. Application des compositions selon l'une quelconque des revendications 1 à 15 dans tout domaine demandant un dissipation de chaleur ou un échange thermique, notamment dans le montage électroniques et/ou 05 électriques ou dans le secteur automobile, aéronautique ou aérospatial. ^ o/ 11 JS
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| LU85772A LU85772A1 (fr) | 1985-02-13 | 1985-02-13 | Nouvelles compositions polymeres,procedes pour leur production et leurs applications |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| LU85772 | 1985-02-13 | ||
| LU85772A LU85772A1 (fr) | 1985-02-13 | 1985-02-13 | Nouvelles compositions polymeres,procedes pour leur production et leurs applications |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| LU85772A1 true LU85772A1 (fr) | 1986-09-02 |
Family
ID=19730409
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| LU85772A LU85772A1 (fr) | 1985-02-13 | 1985-02-13 | Nouvelles compositions polymeres,procedes pour leur production et leurs applications |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| LU (1) | LU85772A1 (fr) |
-
1985
- 1985-02-13 LU LU85772A patent/LU85772A1/fr unknown
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